Έξοδος από το σκοτάδι
Μέρος 3ο

Άρθρο του Georgi Dvali από την ιστοσελίδα Sciam.com, Απρίλιος 2004

1o, 2ο, 3ο

Με τον τρόπο αυτό η βράνη θωρακίζεται από τις επιπλέον διαστάσεις. Αν ένα βαρυτόνιο με ενδιάμεσο μήκος κύματος προσπαθήσει να δραπετεύσει ή να εισέλθει στη βράνη, τα σωματίδια της βράνης αναδιατάσσονται και το μπλοκάρουν. Μόνο αν τα βαρυτόνια κινούνται παράλληλα προς τη βράνη κινούνται ανεμπόδιστα και ακολουθούν το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου. Τα μεγάλου μήκους κύματος βαρυτόνια από την άλλη πλευρά είναι ελεύθερα να περάσουν στις έξτρα διαστάσεις. Αυτά τα βαρυτόνια είναι αμελητέα για τις αλληλεπιδράσεις σε κοντινές αποστάσεις, αλλά κυριαρχούν σε αποστάσεις συγκρίσιμες με το μήκος κύματός τους, και υποσκάπτουν την ικανότητα της βράνης να απομονώνεται από τις  επιπλέον διαστάσεις. Ο νόμος της βαρύτητας τείνει σε νόμο αντιστρόφου κύβου (αν μόνο μια από τις επιπλέον διαστάσεις είναι απείρου μεγέθους), σε νόμο αντίστροφης τέταρτης δύναμης (αν 2 διαστάσεις είναι απείρου μεγέθους), ή και σε νόμο με ακόμα πιο απότομη μεταβολή. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις η βαρύτητα εξασθενίζει. 

Η ΒΑΡΥΤΗΤΑ ΚΟΝΤΑ ΚΑΙ ΜΑΚΡΥΑ

Τα σωματίδια του Σύμπαντός μας τείνουν να εμποδίσουν τα βαρυτόνια να διαφύγουν, αλλά μόνο αν τα βαρυτόνια έχουν αρκετή ορμή ώστε να προκαλέσουν μια αλληλεπίδραση. Τα βαρυτόνια μικρής ορμής (μεγάλου μήκους κύματος) εισέρχονται και εξέρχονται από την βράνη ανεμπόδιστα. 
Ο ήλιος ασκεί μια δύναμη στη Γη εκπέμποντας εικονικά βαρυτόνια. Τα βαρυτόνια αυτά έχουν σχετικά μικρό μήκος κύματος (μεγάλη ορμή), κι έτσι εμποδίζονται να εγκαταλείψουν τη βράνη. Συμπεριφέρονται σα να μην υπάρχει η επιπλέον διάσταση.
Δύο μακρινοί γαλαξίες αντίθετα, εκπέμπουν βαρυτόνια με μεγάλο μήκος κύματος (μικρή ορμή). Τα βαρυτόνια αυτά δεν εμποδίζονται να διαφύγουν στις επιπλέον διαστάσεις. Ο νόμος της βαρύτητας αλλάζει μειώνοντας τη δύναμη μεταξύ των γαλαξιών. 

Οι Cedric Deffayet, Gabadasze και Georgi Dvali, μπόρεσαν να δείξουν ότι οι επιπλέον διαστάσεις όχι μόνο περιορίζουν την ένταση της βαρύτητας, αλλά επίσης αναγκάζουν την κοσμική διαστολή να επιταχύνεται, χωρίς να χρειάζεται να παραδεχτούμε την ύπαρξη σκοτεινής ενέργειας. Μπαίνουμε στον πειρασμό να πούμε ότι "η εξασθένιση της βαρυτικής κόλας" η οποία καθυστερεί τη διαστολή, η διαρροή των βαρυτονίων ελαττώνει την επιβράδυνση τόσο πολύ ώστε να γίνει αρνητική, δηλαδή να μεταραπεί σε επιτάχυνση. Αλλά το φαινόμενο αυτό έχει πολλές λεπτομέρειες. Έχει να κάνει με τον τρόπο που η διαροή των βαρυτονίων αλλάζει την Γενική Σχετικότητα. 

Η κεντρική ιδέα στη θεωρία του Einstein είναι ότι η βαρύτητα είναι το αποτέλεσμα της καμπυλότητας του χωροχρόνου, η οποία με τη σειρά της σχετίζεται με την πυκνότητα της ύλης και της ενέργειας εντός του χωροχρόνου. Ο ήλιος έλκει τη γη προκαλώντας παραμόρφωση στο χωροχρόνο γύρω του. Αν δεν υπάρχει ύλη και ενέργεια δεν υπάρχει παραμόρφωση και βαρύτητα. Στις ανώτερες όμως διαστάσεις, η σχέση μεταξύ καμπυλότητας και πυκνότητας αλλάζει. Οι επιπλέον διαστάσεις εισάγουν ένα διορθωτικό όρο στις εξισώσεις, ο οποίος μας βεβαιώνει ότι η καμπυλότητα μιας άδειας βράνης δεν είναι μηδέν. Ως αποτέλεσμα της διαρροής βαρυτονίων, προκαλείται μια τάση στη βράνη, η οποία δημιουργεί μια μη αναστρέψιμη καμπυλότητα στη βράνη μη εξαρτώμενη από την ενέργεια και την ύλη επί της βράνης. 

Με την πάροδο του χρόνου, καθώς η ύλη και η ενέργεια συνεχώς αραιώνονται, η καμπυλότητα που αυτές προκαλούν ελαττώνεται κι έτσι η απομένουσα καμπυλότητα από τη διαρροή βαρυτονίων γίνεται προοδευτικά όλο και πιο σημαντική. Η καμπυλότητα του Σύμπαντος τείνει σε μια σταθερή τιμή. Στο ίδιο αποτέλεσμα θα καταλήγαμε αν το σύμπαν ήταν γεμάτο με μια ουσία που δεν αραιωνόταν με τον χρόνο. Αυτή η ουσία είναι η κοσμολογική σταθερά που χρησιμοποιείται για να εξηγηθεί η επιτάχυνση της διαστολής. Έτσι λοιπόν βλέπουμε ότι η απομένουσα καμπυλότητα της βράνης δρα σαν μια κοσμολογική σταθερά η οποία επιταχύνει την κοσμική διαστολή. 

Άλλες προσπάθειες και ο πειραματικός έλεγχος

Η θεωρία που εκτέθηκε παραπάνω δεν είναι η μοναδική που προσπαθεί να λύσει το πρόβλημα της κοσμικής επιτάχυνσης με αλλαγή του νόμου της βαρύτητας στις μεγάλες αποστάσεις. Το 2002 οι Thibault Damour και Αντώνιο Παπάζογλου του Ινστιτούτου Επιστημονικών Μελετών στη Γαλλία, και ο Ian Kogan του πανεπιστημίου της Οξφόρδης πρότειναν ότι υπάρχει και ένα άλλο είδος βαρυτονίων, τα οποία αντίθετα από τα συνήθη βαρυτόνια έχουν μια μικρή μάζα. Όπως γνωρίζουν οι φυσικοί, αν τα βαρυτόνια έχουν μάζα δεν ισχύει πια ο νόμος του αντιστρόφου τετραγώνου. Είναι ασταθή και καθώς διασχίζουν το χώρο διασπώνται βαθμιαία, με λίγο-πολύ τα ίδια αποτελέσματα όπως και στη διαρροή βαρυτονίων: Τα βαρυτόνια που ταξιδεύουν σε τεράστιες αποστάσεις εξαφανίζονται, η βαρύτητα γίνεται ασθενέστερη και η κοσμική διαστολή επιταχύνεται.

Οι Sean Carroll, Vikram Duvvuri και Michael Turner του πανεπιστημίου του  Chicago και ο Mark Trodden του πανεπιστημίου  Syracuse έχουν τροποποιήσει τις εξισώσεις του Einstein στις 3 διαστάσεις εισάγοντας μικρούς όρους οι οποίοι είναι αντίστροφα ανάλογοι με την καμπυλότητα του χωροχρόνου. Τέτοιοι όροι θα ήταν αμελητέοι στο αρχικό σύμπαν, αλλά θα προκαλούσαν επιτάχυνση στα μετέπειτα στάδια. Άλλες ερευνητικές ομάδες έχουν επίσης προτείνει την τροποποίηση του νόμου της βαρύτητας, αλλά οι προτάσεις τους δεν εξαλείφουν την ανάγκη για την εισαγωγή της σκοτεινής ενέργειας.

Οι παρατηρήσεις θα δείξουν ποια εκ των υποθέσεων θα δικαιωθεί. Η παρατήρηση των σούπερ νόβα αποτελεί ένα κριτήριο. Η μετάβαση από την εποχή της επιβράδυνσης στην εποχή της επιτάχυνσης είναι διαφορετική στο σενάριο της διαρροής βαρυτονίων από τα άλλα σενάρια που περιλαμβάνουν την σκοτεινή ενέργεια. 

Οι πλανητικές κινήσεις μπορούν να αποτελέσουν ένα ακόμα εμπειρικό τεστ. Οι Andrei Gruzinov, Matias Zaldarriaga του πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης και ο Georgi Dvali υπολόγισαν ότι οι πρόσθετες διευθύνσεις ταλάντωσης των βαρυτονίων στις επιπλέον διαστάσεις θα προκαλούσαν μια μικρή αργή μετάπτωση στην τροχιά της Σελήνης. Κάθε φορά που η Σελήνη συμπληρώνει μια περιφορά, η κοντινότερη απόστασή της από τη Γη θα μετατοπίζεται περίπου κατά ένα τρισεκατομμυριοστό της μοίρας ή περίπου 0,5mm. Η κίνηση αυτή μπορεί να γίνει αντιληπτή από πειράματα με λέιζερ που ανακλώνται επί της Σελήνης σε κάτοπτρα που άφησαν εκεί οι αστροναύτες του Απόλλωνα. Τα τωρινά πειράματα μπορούν να καταγράψουν μεταπτώσεις μέχρι 1cm. Ο Eric Adelberger και οι συνεργάτες του στο πανεπιστήμιο της Washington πρότειναν τη χρήση πιο ισχυρών λέιζερ για να δεκαπλασιάσουν την ευαισθησία της μέτρησης. Διαστημικά παρατηρητήρια θα μπορούσαν επίσης να κοιτάξουν για παρόμοια μετάπτωση στην τροχιά του Άρη. 

1o, 2ο, 3ο

HomeHomeHome